Une horloge atomique enchevêtrée quantique est très précise

Une horloge atomique enchevêtrée quantique est très précise

Les horloges atomiques sont les compteurs de temps les plus précis que nous ayons aujourd'hui, et les meilleures d'entre elles affichent l'heure à moins d'une seconde tous les 15 milliards d'années. Mais il y a toujours place à l'amélioration, comme les chercheurs du MIT l'ont démontré avec la nouvelle horloge atomique quantique intriquée.

Les atomes vibrent si précisément que vous pouvez régler votre horloge sur eux - ce qui est exactement ce que fait une horloge atomique. Cette montre utilise des lasers pour mesurer les vibrations et l'heure est suffisamment précise pour répondre aux normes nationales et internationales. L'atome de césium 133, par exemple, oscille à exactement 9 192 631 770 fois par seconde, et est si stable que cet échantillon a officiellement désigné le deuxième depuis 1968.

Aujourd'hui, une équipe de physiciens du Massachusetts Institute of Technology a développé un nouveau type d'horloge atomique qui pourrait repousser encore plus loin les limites de la précision. Idéalement, suivre les vibrations d'un atome individuel devrait être la mesure de temps la plus précise, mais malheureusement, des fluctuations quantiques aléatoires peuvent gâcher les mesures. C'est ce qu'on appelle la limite quantique standard.

Ainsi, les horloges quantiques suivent généralement un gaz composé de milliers d'atomes du même type - traditionnellement du césium - bien que l'ytterbium soit devenu le nouveau leader ces dernières années. Ces atomes sont refroidis à presque zéro absolu, puis maintenus en place par des lasers tandis qu'un autre laser mesure leurs vibrations. Prendre la moyenne de nombreux atomes donne une réponse plus précise.

Malheureusement, les effets de la limite quantique standard peuvent être réduits, mais pas complètement éliminés. La nouvelle horloge atomique, développée par une équipe du MIT, réduit encore la limite grâce à l'intrication quantique.

Cela semble impossible, mais dans certains cas, les atomes peuvent être si imbriqués que la mesure de l'état de l'un d'entre eux peut instantanément changer l'état de son partenaire - quelle que soit la distance les uns des autres. C'est ce qu'on appelle l'intrication quantique, et les nouvelles horloges utilisent ce phénomène pour mesurer le temps avec plus de précision.

Les chercheurs ont commencé avec environ 350 atomes d'ytterbium-171, qui vibre encore plus vite que le césium. Ces atomes tombent dans une cavité optique entre deux miroirs, puis un laser est dirigé dans la cavité pour enchevêtrer quantique les atomes.

«C'est comme si la lumière était un lien entre les atomes», déclare Chi Shu, co-auteur de l'étude. "Le premier atome qui voit cette lumière la changera un peu, et cette lumière changera également le deuxième atome et le troisième atome, et à travers de nombreux cycles, les atomes apprendront tous à se connaître ensemble et commenceront à se comporter de la même manière."

Une fois les atomes intriqués, un deuxième laser est projeté à travers le nuage pour mesurer leur fréquence moyenne. Les scientifiques ont découvert que cette méthode a créé une horloge qui peut atteindre une certaine précision quatre fois plus rapidement qu'une horloge similaire utilisant des atomes non intriqués.

Les chercheurs affirment que la nouvelle méthode pourrait rendre les horloges atomiques si précises que même après 15 milliards d'années, elles seront toujours désynchronisées de moins de 100 millisecondes. De plus, ils peuvent aider les scientifiques à explorer certaines des énigmes les plus difficiles de la physique, telles que la matière noire, les ondes gravitationnelles et si les règles de la physique changent avec le temps.

«À mesure que l'univers vieillit, la vitesse de la lumière change-t-elle?», Demande Vladan Vuletić, co-auteur de l'étude. «La charge d'un électron changera-t-elle? C'est ce que vous pouvez étudier avec une horloge atomique plus précise. "

L'étude a été publiée dans la revue Nature.